الأقمار الصناعية هي آلات تدور حول كوكب أو نجم تماما مثل القمر أو الكوكب العادي، على سبيل المثال يمكننا النظر إلى الأرض على أنها قمر صناعي (طبيعي) يدور حول الشمس، لكن الفرق الرئيسي بين القمر الصناعي وكوكب الأرض، هو أنه من صنع الإنسان، وهو يلتقط عادة صورًا لكوكب الأرض تساعد خبراء الأرصاد الجوية على التنبؤ بالطقس وتتبع الأعاصير ، وقد تلتقط الأقمار الصناعية صورًا لكواكب أخرى أو للثقوب السوداء أو المجرات البعيدة أو المادة المظلمة، وهناك أيضًا أقار صناعية تستخدم بشكل أساسي للاتصالات مثل إرسال الإشارات التلفزيونية والمكالمات الهاتفية.

تتواصل الأقمار الصناعية باستخدام موجات الراديو لإرسال إشارات إلى الهوائيات الموجودة على الأرض. ثم تلتقط الهوائيات تلك الإشارات وتعالج المعلومات القادمة من تلك الإشارات. يمكن أن تشمل المعلومات:

البيانات العلمية (مثل الصور التي التقطها القمر الصناعي).
صحة القمر الصناعي.
أين يقع القمر الصناعي حاليًا في الفضاء.

كيف تقوم الأقمار الصناعية بنقل البيانات

تم إطلاق” فكرة استخدام قمر صناعي كمرآة في الفضاء – لترتد الإشارات من جانب واحد من الأرض إلى الجانب الآخر – في عام 1945 بواسطة مؤلف الخيال العلمي آرثر سي كلارك (1917-2008) ، الذي كتب مقالتين لهما تأثير كبير وضع خطته بالتفصيل (أحدهما لم يُنشر ، والآخر نُشر باسم “البث على مراحل خارج الأرض: هل يمكن للمحطات الصاروخية أن توفر تغطية راديو عالمية؟” في مجلة Wireless World ، أكتوبر 1945)، وكان اقتراحه هو وضع ثلاثة أقمار صناعية في مدار متزامن مع الأرض على ارتفاع 35000 كيلومتر (23000 ميل) فوق الأرض ، متباعدة بشكل متساوٍ لتغطية حوالي ثلث الكوكب لكل منها: أحدها سيغطي إفريقيا وأوروبا ، والثاني سيغطي الصين وآسيا ، و الثالث سيخصص للأمريكتين، على الرغم من أن كلارك لم يحصل على براءة اختراع لقمر الاتصالات الثابت بالنسبة للأرض ، إلا أنه يُنسب إليه عمومًا الفضل في اختراعه ، على الرغم من أن رواد الفضاء الآخرين (لا سيما الرائد الألماني في زمن الحرب هيرمان أوبيرث) قد اقترحوا أفكارًا مماثلة قبل سنوات من اقتراح ارثر.

وقد استغرق الأمر عقدًا آخر من الزمن حتى انتقلت خطة كلارك الجريئة نحو الواقع، أولاً ، يجب أن تكون الأقمار الصناعية نفسها قابلة للحياة ؛ حدث ذلك مع إطلاق القمر الصناعي Sputnik 1 الروسي في أكتوبر 1957، وبعد ثلاث سنوات ، عندما تم إطلاق ساتل الاتصالات Echo ، أثبت المهندسون بنجاح أن إشارات الاتصالات اللاسلكية يمكن نقلها إلى الفضاء والعودة ، تمامًا كما توقع كلارك.

تم إطلاق أول قمر صناعي للاتصالات Telstar ، في يوليو 1962 وأحدث ثورة على الفور في الاتصالات عبر المحيط الأطلسي، وخلال منتصف الستينيات ، اجتمعت 11 دولة لتشكيل INTELSAT (الاتحاد الدولي لسواتل الاتصالات السلكية واللاسلكية) ، الذي أطلق أول ساتل اتصالات تجاري في العالم INTELSAT 1 (“إيرلي بيرد”) ، في مدار جيولوجي ، في أبريل 1965، وهذه الآلة الفضائية الصغيرة المتواضعة كانت معجزة إلكترونية صغيرة، فقد كان وزنها 35 كجم فقط (76 رطلاً) ، ويمكنها نقل 240 مكالمة هاتفية متزامنة أو قناة تلفزيونية واحدة بالأبيض والأسود.

تركيب الأقمار الصناعية

الأقمار الصناعية هي مثل أي مركبة أخرى من حيث أنها تتكون من جزأين رئيسيين: المركبة العامة نفسها والشيء المحدد الذي تحمله (الحمولة) للقيام بعملها الفريد، وتعمل الأقمار الصناعية باستخدام ألواح شمسية للطاقة.

يطلق على جزء “المركبة” من القمر الصناعي اسم الحافلة ، ويشمل الغلاف الخارجي والألواح الشمسية والبطاريات التي توفر الطاقة وأجهزة القياس عن بُعد (نظام يتم التحكم فيه عن بُعد يرسل بيانات المراقبة من القمر الصناعي إلى الأرض وأوامر التشغيل مرة أخرى في الاتجاه الآخر) ، والدفاعات الصاروخية لإبقائها في موضعها ، والمواد العاكسة أو الأنظمة الأخرى (“أنابيب الحرارة”) لحمايتها من الإشعاع الشمسي وتبديد الحرارة.

أما جزء الحمولة فقد تتضمن العديد من الأجهزة اعتمادًا على وظيفة القمر مثل أجهزة إرسال واستقبال الخاصة بأقمار الاتصالات

وأجهزة كمبيوتر وساعات ذرية لتوليد إشارات زمنية لأقمار الملاحة والكاميرات وأجهزة الكمبيوتر إلى الصور مرة أخرى إلى البيانات الرقمية الخاصة بأقمار التصوير الفوتوغرافي وما إلى ذلك.

الروابط الصاعدة والوصلات الهابطة

أقمار الاتصالات هي “مرايا فضائية عملاقة” يمكن أن تساعدنا في نقل بث إشارات الراديو والتلفزيون وبيانات الإنترنت وأنواع أخرى من المعلومات من أحد جانبي الأرض إلى الجانب الآخر، وتتم اتصالات الأقمار الصناعية عبر الأرض باستخدام الوصلة الصاعدة والهابطة.

إذا كنت تريد إرسال شيء مثل بث تلفزيوني من جانب واحد من الأرض إلى الجانب الآخر ، فهناك ثلاث مراحل متضمنة في تلك العملية، وهي :

أولاً : هناك الوصلة الصاعدة ، حيث يتم إرسال البيانات إلى القمر الصناعي من محطة أرضية على الأرض.
بعد ذلك، يقوم القمر الصناعي بمعالجة البيانات باستخدام عدد من أجهزة الإرسال والاستقبال الموجودة على متن الطائرة (أجهزة استقبال الراديو ومكبرات الصوت وأجهزة الإرسال) الموجودة بداخله، وتعمل هذه الأجهزة على تعزيز الإشارات الواردة وتغيير ترددها ، بحيث لا يتم الخلط بين الإشارات الواردة والإشارات الصادرة، وتستخدم أجهزة إرسال واستقبال مختلفة في نفس القمر الصناعي للتعامل مع محطات تلفزيون مختلفة محمولة على ترددات مختلفة.
أخيرًا ، هناك الوصلة الهابطة ، حيث يتم إرسال البيانات مرة أخرى إلى محطة أرضية أخرى في مكان آخر على الأرض، على الرغم من وجود رابط واحد فقط ، فقد يكون هناك الملايين من الوصلات الهابطة.[1]

على سبيل المثال ، إذا كان ملايين الأشخاص يتلقون نفس إشارة التليفزيون عبر الأقمار الصناعية الخاصة بالاتصالات في وقت واحد ففي تلك الحالة يكون هناك ملايين من الوصلات الهابطة، بينما إذا كان القمر الصناعي للاتصالات ينقل اتصال فإنه ينقل إشارة بين مرسل ومستقبل واحد (يتم إطلاقه في الفضاء والعكس مرة أخرى ، مع ارتباط واحد ووصلة هابطة واحدة) ، وعند البث التليفزيوني أو الإذاعي عبر الأقمار الصناعية يشتمل عادةً على رابط واحد أو أكثر صاعد (لقناة تلفزيونية واحدة أو أكثر) ووصلات هابطة متعددة (للمحطات الأرضية أو المشتركين الفرديين في القنوات الفضائية).

الفرق بين القمر الصناعي والمحطة الفضائية

تعريف القمر الصناعي

كان أحد الاستخدامات الأولى للصواريخ في الفضاء هو إطلاق الأقمار الصناعية، والقمر الصناعي هو جسم يدور حول جسم أكبر، المدار هو مسار دائري أو بيضاوي حول جسم والآن تدور العديد من “الأقمار الصناعية الاصطناعية” حول الكوكب، وتم وضع آلاف الأقمار الصناعية في مدار حول الأرض، كما تم وضعن الأقمار الصناعية حاليًا في مدارات حول القمر والشمس والزهرة والمريخ والمشتري وزحل،

هناك أربعة أنواع رئيسية من الأقمار الصناعية تبعًا لاستخداماتها:

أقمار صناعية للتصوير تلتقط صورًا لسطح الأرض لأغراض عسكرية أو علمية.
أقمار تصوير مخصصة لدراسة القمر والكواكب الأخرى.
أقمار الاتصالات تستقبل وترسل إشارات للهاتف أو التلفزيون أو أنواع الاتصالات الأخرى.
الأقمار الصناعية الملاحية تستخدم لأنظمة الملاحة ، مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
محطة الفضاء الدولية هي أكبر قمر صناعي تم تصميمه خصيصًا، لكي يعيش البشر في الفضاء أثناء إجراء البحوث العلمية.

تعريف محطة الفضاء

يتم إنشاء محطات الفضاء الحديثة قطعة قطعة لإنشاء نظام معياري، والغرض الأساسي من محطة الفضاء الدولية هو البحث العلمي، وخاصة في الطب والبيولوجيا والفيزياء، وهي نوع من الأقمار الصناعية كما ذكرنا تم تصميمه ليتواجد البشر بداخله ، وقد اكتمل بناء المحطة في عام 2011 ، ولكن لا تزال هناك قطع وتجارب جديدة يتم إضافتها إليها.[2]